運算放大器的雜訊計算(2)
本小節簡單介紹了4種常見的內部雜訊及其計算公式。
(1)散粒雜訊
散粒雜訊（shot noise)通訊裝置中的有源器件(如電真空管）中，由於電子發射不均勻性所引起的雜訊。散粒效應雜訊是schottky於2023年研究此類雜訊時,用子彈射入靶子時所產生的雜訊命名的，因此它又稱為散彈雜訊或顆粒雜訊。散粒雜訊由導體中電荷載流子運動的隨機波動引起的，當電子遇到障礙時，勢能積累，直到電子越過障礙。例如當每個電子隨機穿過勢壘（例如半導體中的pn結）時，能量在電子遇到時被儲存和釋放，然後穿過勢壘射出。
散粒雜訊的特點包括：
(1) 散粒雜訊總是與電流有關，當電流停止時停止。
(2) 散粒雜訊與溫度無關。
(3) 散粒雜訊具有均勻的功率密度。
均方根散粒雜訊電流可以表示為：
其中：q為電子電荷，其值為1.602176634 × 10^(-19) (單位庫倫c)
id為 平均正向直流電流（單位安培a）
io為反向飽和電流（單位安培a）
b為頻寬（單位hz）
而溫度的電壓當量可以表示為：
其中k為波耳茲曼常數（1.38×10–23j/k），t為熱力學溫度，即絕對溫度（300k），q為電子電荷（1.6×10–19c）。在常溫下≈26mv。
假設乙個pn結處於正向偏置狀態，則pn結的動態電阻可以表示為：
（rd動態電阻的推導過程：模擬電子技術第五版（童詩白p19）
根據歐姆定律，則散粒雜訊(均方根電壓)可以表示為：
(2)熱雜訊
熱雜訊（thermal noise）又被稱為詹森雜訊，它是由於熱攪動導致導體內部的電荷載體（通常是電子）達到平衡狀態時的電子雜訊，熱雜訊與溫度成比例，僅在絕對零度處停止（絕對零度實際上無法達到）。和散粒雜訊一樣，熱雜訊在頻譜上也是平坦的。由前一小節運算放大器的雜訊計算(1)中所述，熱雜訊可以表示為：
表示熱雜訊電壓（均方根rms） ，k是玻爾茲曼常數(1.38× 10-23 j/k)，t表示開爾文為單位的溫度值，r是以歐姆為單位的電阻，b是以hz為單位的雜訊頻寬。
(3)閃爍雜訊
閃爍雜訊（flicker noise）也被稱為1/f 雜訊，閃爍雜訊存在於所有有源和無源器件中，它可能與半導體晶體結構的缺陷有關，更好的半導體工藝可以有效地減少閃爍雜訊。
1/f雜訊的功率譜密度與頻率成反比， 1/f電壓雜訊和電流雜訊可以表示如下：
如圖所示在實際的運算放大器中，電壓雜訊頻譜密度在1/f轉折頻率之前呈現1/f雜訊的特性，1/f轉折頻率之後，電壓雜訊頻譜密度趨於穩定。
（4）突發雜訊（burst noise）
突發雜訊是一種發生在半導體和超薄柵氧化膜中的電子雜訊[1]。它也被稱為隨機電報雜訊（rtn），爆公尺花雜訊，脈衝雜訊，雙穩態雜訊或隨機電報訊號（rts）雜訊。爆公尺花雜訊出現在低頻率（通常為 f < 1khz）下。我們已經知道重金屬原子汙染是引起爆公尺花雜訊的原 因。在失效分析時，專家通常會對具有較多突發雜訊的器件進行仔細的檢查。失效分析將查詢會引起突發雜訊的微小缺陷。圖 8.4 顯示了如何將乙個正常電晶體與乙個帶有晶體缺陷的電晶體進行對比。
圖2 正常電晶體與帶有晶體缺陷的電晶體的比較
圖3 一種突發雜訊
運算放大器
運算放大器的效能指標有輸入阻抗，輸出阻抗，電壓增益，增益頻寬積，壓擺率。其中，增益頻寬積 gbwp，gbw，gbp或gb 是放大器頻寬和頻寬的增益的乘積，是衡量放大器效能的乙個引數，在頻率足夠大時，增益頻寬積是乙個常數 壓擺率為運算放大器輸出電壓的轉換速率，單位有通常有v s，v ms和v s三種，...
運算放大器
運算放大器 簡稱 運放 是具有很高放大倍數的電路單元。在實際電路中，通常結合反饋網路共同組成某種功能模組。它是一種帶有特殊耦合電路及反饋的放大器。其輸出訊號可以是輸入訊號加 減或微分 積分等數 算的結果。由於早期應用於模擬計算機中，用以實現數 算，故得名 運算放大器 運放是乙個從功能的角度命名的電路...
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